[go: up one dir, main page]

RU2561513C2 - Cryogenic liquid evaporator - Google Patents

Cryogenic liquid evaporator Download PDF

Info

Publication number
RU2561513C2
RU2561513C2 RU2012103580/06A RU2012103580A RU2561513C2 RU 2561513 C2 RU2561513 C2 RU 2561513C2 RU 2012103580/06 A RU2012103580/06 A RU 2012103580/06A RU 2012103580 A RU2012103580 A RU 2012103580A RU 2561513 C2 RU2561513 C2 RU 2561513C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
housing
cryogenic
evaporator
shells
annular cavity
Prior art date
Application number
RU2012103580/06A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2012103580A (en
Inventor
Владимир Викторович Черниченко
Павел Анатольевич Солженикин
Виталий Романович Рубинский
Владимир Юрьевич Дубанин
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет"
Priority to RU2012103580/06A priority Critical patent/RU2561513C2/en
Publication of RU2012103580A publication Critical patent/RU2012103580A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2561513C2 publication Critical patent/RU2561513C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Abstract

FIELD: heating.
SUBSTANCE: invention relates to heat engineering and can be used in cryogenic equipment for evaporation of gaseous mediums in liquid state. The cryogenic liquid evaporator contains the housing where heat exchange elements and a heater are located. The housing is implemented as at least two two-layer shells forming an annular cavity for flow of the heating heat carrier, each of shells consists of two interconnected shell rings between which the channels united in headers for supply and discharge of cryogenic component are formed. Shells of the housing are made profiled and contain cylindrical part and narrowed part designed as a confusor with formation of an annular cavity with channels for flow of the cryogenic component between the named parts. Inside the conic part the branch pipe connected with the cavity of the internal shell is installed, and header of supply and discharge of cryogenic component inside the external shell are located on the named narrowed part of the external shell.
EFFECT: invention is aimed at improvement of performance and expansion of functionality of the evaporator.
6 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано в криогенной технике для испарения газообразных сред, находящихся в жидком состоянии, в ракетно-космической технике и в народном хозяйстве, например, для газификации сжиженных газов и их смесей.The invention relates to the field of heat engineering and can be used in cryogenic technology for the vaporization of gaseous media in a liquid state, in space rocket technology and in the national economy, for example, for gasification of liquefied gases and mixtures thereof.

Для решения перспективных технических задач возникает необходимость в испарителе-газификаторе с развитой поверхностью нагрева, компактном, простом по конструкции, малой массы, для относительно больших расходов (более 10 кг/с) испаряемого теплоносителя и работоспособного при высоких давлениях (более 10 МПа).To solve promising technical problems, there is a need for an evaporator-gasifier with a developed heating surface, compact, simple in design, low weight, for relatively high flow rates (more than 10 kg / s) of the evaporated coolant and operable at high pressures (more than 10 MPa).

Известен испаритель криогенной жидкости (далее испаритель), содержащий корпус с расположенными в нем концентрично перегородками, змеевик с криогенным продуктом, выполненный из двух частей, одна из которых расположена между корпусом и перегородкой, а другая - между перегородками, электронагреватели, расположенные в центральной части корпуса. Пространство между корпусом и наружной перегородкой заполнено водой, образующей ледяной экран (а.с. №932094, МПК: F17C 9/02, 1982).Known evaporator of cryogenic liquid (hereinafter the evaporator), comprising a housing with concentric partitions located therein, a coil with a cryogenic product made of two parts, one of which is located between the housing and the partition, and the other between the partitions, electric heaters located in the central part of the housing . The space between the casing and the outer partition is filled with water forming an ice screen (AS No. 932094, IPC: F17C 9/02, 1982).

Основными недостатками данного испарителя являются:The main disadvantages of this evaporator are:

- использование воды в устройстве усложняет конструкцию, ограничивает выбор максимальных величин температуры и давления теплоносителя, что в свою очередь приводит к ограничению максимальной тепловой мощности, увеличению общей массы конструкции и увеличению времени выхода устройства на режим и, кроме того, накладывает дополнительные требования по соблюдению герметичности корпуса, а также к чистоте применяемой воды, кроме этого, электронагреватели имеют ограниченный срок службы и их наличие приводит к необходимости иметь источник электропитания к ним с аппаратурой управления.- the use of water in the device complicates the design, limits the choice of the maximum values of temperature and pressure of the coolant, which in turn leads to a limitation of the maximum thermal power, an increase in the total mass of the structure and an increase in the time the device goes into operation and, in addition, imposes additional requirements for maintaining tightness housing, as well as the purity of the water used, in addition, electric heaters have a limited service life and their presence leads to the need to have an electric source Tracking them with control equipment.

Известен испаритель криогенной жидкости, содержащий корпус, в котором расположены теплообменные элементы, нагреватель, при этом корпус выполнен в виде двухслойных цилиндрических оболочек, образующих кольцевую полость для прохода греющего теплоносителя, каждая из оболочек состоит из двух жестко соединенных между собой цилиндров, между которыми образованы каналы, объединенные в коллекторы для подвода и отвода криогенного продукта, при этом на входе в кольцевую полость закреплена крышка, в которой установлены смесительные элементы и воспламеняющее устройство, а на выходе закреплен газовод (патент РФ №2347972, МПК: F17C 9/02, 10.07.2007 - прототип).Known evaporator of cryogenic liquid containing a housing in which heat exchange elements, a heater are located, while the housing is made in the form of two-layer cylindrical shells forming an annular cavity for passage of the heating fluid, each of the shells consists of two cylinders rigidly interconnected, between which channels are formed combined into collectors for supplying and discharging a cryogenic product, while at the entrance to the annular cavity a lid is fixed, in which mixing elements and plamenyayuschee device, and the output is fixed gazovod (RF patent №2347972, IPC: F17C 9/02, 10.07.2007 - a prototype).

Испаритель работает следующим образом.The evaporator operates as follows.

Испаряемая среда, например криогенная жидкость, подается двумя потоками по подводящим трубам в коллекторы и по каналам внутренней оболочки и наружной оболочки поступает, постепенно испаряясь, к коллекторам, из которых отводится по отводящим трубопроводам в сторону потребителя.Evaporated medium, for example cryogenic liquid, is supplied in two streams through the supply pipes to the collectors and through the channels of the inner shell and the outer shell flows, gradually evaporating, to the collectors, from which it is discharged through the discharge pipes to the consumer side.

Течение испаряемой среды может осуществляться как «по потоку», так и «противотоком» по отношению к движению греющей среды.The flow of the evaporated medium can be carried out both “downstream” and “counterflow” with respect to the movement of the heating medium.

Греющая среда - теплоноситель - продукты сгорания какого-либо горючего, например керосина, спирта, природного газа и т.д., температура которых может достигать от 900 К до 2200 К (регулируется соотношением расходов компонентов топлива) и лимитируется только свойствами применяемых материалов, движется от огневой стенки крышки в сторону газовода, по пути отдавая тепло испаряемой среде, протекающей по каналам оболочек.Heating medium - heat carrier - products of combustion of any fuel, for example kerosene, alcohol, natural gas, etc., the temperature of which can reach from 900 K to 2200 K (regulated by the ratio of fuel components) and is limited only by the properties of the materials used, moves from the fire wall of the cover towards the gas duct, giving off heat along the evaporated medium flowing through the channels of the shells along the way.

Подготовка компонентов топлива к процессу горения: перемешивание, распыл - осуществляется смесительными элементами, а для воспламенения смеси служит воспламеняющее устройство.Preparation of fuel components for the combustion process: mixing, spraying is carried out by mixing elements, and an ignition device is used to ignite the mixture.

Недостатками данного испарителя является значительная сложность конструкции и сборки, а также значительные габариты и вес, обусловленные принятой компоновкой элементов конструкции испарителя.The disadvantages of this evaporator is the significant complexity of the design and assembly, as well as the significant dimensions and weight due to the adopted layout of the structural elements of the evaporator.

Задачей изобретения является устранение указанных недостатков, улучшение технических характеристик и расширение функциональных возможностей испарителя.The objective of the invention is to remedy these disadvantages, improve technical characteristics and expand the functionality of the evaporator.

Поставленная задача достигается за счет того, что в предложенном испарителе криогенной жидкости, содержащем корпус, в котором расположены теплообменные элементы, нагреватель, при этом корпус выполнен в виде как минимум двух двухслойных оболочек, наружной и внутренней, образующих кольцевую полость для прохода греющего теплоносителя, причем каждая из оболочек состоит из двух жестко соединенных между собой обечаек, между которыми образованы каналы, объединенные в коллекторы для подвода и отвода криогенного компонента, при этом на входе в кольцевую полость закреплена крышка, в которой установлены смесительные элементы и воспламеняющее устройство, а на выходе установлен газовод, согласно изобретению оболочки корпуса выполнены профилированными и содержат как минимум цилиндрическую часть и сужающуюся часть в виде конфузора, предпочтительно коническую, с образованием кольцевой полости с каналами для прохода криогенного компонента между указанными частями, при этом внутри конической части, предпочтительно в ее центральной зоне, установлен патрубок, соединенный с полостью внутренней оболочки, а коллекторы подвода и отвода криогенного компонента внутрь наружной оболочки расположены на упомянутой сужающейся части наружной оболочки.The problem is achieved due to the fact that in the proposed evaporator of cryogenic liquid containing a housing in which heat exchange elements are located, a heater, the housing is made in the form of at least two two-layer shells, external and internal, forming an annular cavity for passage of the heating medium, each of the shells consists of two shells rigidly interconnected, between which channels are formed, combined into collectors for the supply and removal of the cryogenic component, while at the entrance to an annular cavity is secured by a cover in which mixing elements and an ignition device are installed, and a gas duct is installed at the outlet, according to the invention, the shells of the housing are profiled and contain at least a cylindrical part and a tapering part in the form of a confuser, preferably conical, with the formation of an annular cavity with channels for passage a cryogenic component between these parts, while inside the conical part, preferably in its central zone, there is a pipe connected to the cavity the inner shell and inlet and outlet manifolds cryogenic component inside the outer shell disposed on said tapered portion of the outer shell.

В варианте исполнения смесительные элементы выполнены в виде двухкаскадных форсунок, что позволяет проводить генерацию греющего теплоносителя в диапазоне температур от 900 К до 2200 К.In an embodiment, the mixing elements are made in the form of two-stage nozzles, which allows the generation of a heating coolant in the temperature range from 900 K to 2200 K.

В варианте исполнения внутренние цилиндры, со стороны греющего теплоносителя, выполнены из материала с повышенной теплопроводностью, что позволяет повысить величины коэффициента теплоотдачи от греющего теплоносителя к испаряемой среде.In an embodiment, the inner cylinders, on the heating medium side, are made of a material with increased thermal conductivity, which allows increasing the heat transfer coefficient from the heating medium to the evaporated medium.

В варианте исполнения в патрубке газовода установлена подвижная опора.In an embodiment, a movable support is installed in the gas pipe.

В варианте исполнения на корпус и газовод нанесена теплоизоляция, что позволяет уменьшить потери тепла в окружающее пространство.In the embodiment, thermal insulation is applied to the casing and the gas duct, thereby reducing heat loss to the surrounding space.

В варианте исполнения коллектор подвода одного из компонентов топлива к смесительным элементам размещен внутри корпуса испарителя, что позволяет уменьшить диаметральные размеры корпуса.In an embodiment, the collector for supplying one of the fuel components to the mixing elements is located inside the evaporator body, which allows to reduce the diametrical dimensions of the body.

Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 показан продольный разрез испарителя, а на фиг.2 - разрез смесительной головки в варианте исполнения.The invention is illustrated by drawings, where figure 1 shows a longitudinal section of the evaporator, and figure 2 is a section of a mixing head in the embodiment.

Испаритель криогенной жидкости содержит корпус 1, который выполнен в виде двух двухслойных оболочек 2 и 3, образующих кольцевую полость 4 для прохода греющего теплоносителя. Каждая из оболочек 2 и 3 состоит из двух жестко соединенных между собой обечаек 5, 6 и 7, 8 соответственно.The cryogenic liquid evaporator contains a housing 1, which is made in the form of two two-layer shells 2 and 3, forming an annular cavity 4 for the passage of the heating fluid. Each of the shells 2 and 3 consists of two shells 5, 6 and 7, 8 rigidly connected to each other, respectively.

Обечайки 5, 6 и 7, 8 корпуса 1 выполнены профилированными и содержат цилиндрические части 9, 10 и 11, 12 и сужающиеся части 13, 14 и 15, 16 соответственно.The shells 5, 6 and 7, 8 of the housing 1 are made profiled and contain cylindrical parts 9, 10 and 11, 12 and tapering parts 13, 14 and 15, 16, respectively.

В каждой оболочке 2 и 3 выполнены каналы 17 и 18 соответственно. Каналы 17 внутренней оболочки 2 соединяются с коллекторами подвода 19 и отвода 20. Каналы 18 наружной оболочки 3 соединяются с коллекторами подвода 21 и отвода 22. На входе в кольцевую полость 4 закреплена крышка 23, в которой установлены смесительные элементы 24 и воспламеняющее устройство 25. На выходе из кольцевой полости 4 установлен газовод 26.In each shell 2 and 3 channels 17 and 18 are made, respectively. The channels 17 of the inner shell 2 are connected to the collectors of the inlet 19 and the outlet 20. The channels 18 of the outer shell 3 are connected to the collectors of the inlet 21 and the outlet 22. At the entrance to the annular cavity 4 a cover 23 is fixed, in which the mixing elements 24 and the ignition device 25 are mounted. the outlet of the annular cavity 4 is installed gas duct 26.

Внутри газовода 26 установлена опора 27 с возможностью скольжения по внутренней цилиндрической части газовода при нагреве или охлаждении различных составных частей конструкции.Inside the gas duct 26, a support 27 is mounted with the possibility of sliding along the inner cylindrical part of the gas duct when heating or cooling the various components of the structure.

На наружной поверхности корпуса 1 установлен коллектор 28 для подвода одного из компонентов топлива к смесительным элементам 24.A collector 28 is mounted on the outer surface of the housing 1 for supplying one of the fuel components to the mixing elements 24.

Испаритель работает следующим образом.The evaporator operates as follows.

Испаряемая среда, например криогенная жидкость, подается двумя потоками по подводящим трубам в коллекторы 19, 21 и по каналам 17 внутренней оболочки 2 и каналам 18 наружной оболочки 3 поступает, постепенно испаряясь, к коллекторам 20, 21, из которых отводится по отводящим трубопроводам в сторону потребителя.The evaporated medium, for example, cryogenic liquid, is supplied in two streams through the supply pipes to the collectors 19, 21 and through the channels 17 of the inner shell 2 and the channels 18 of the outer shell 3, gradually evaporating, to the collectors 20, 21, from which it is diverted to the side by the discharge pipelines consumer.

Течение испаряемой среды может осуществляться как «по потоку», так и «противотоком» по отношению к движению греющей среды.The flow of the evaporated medium can be carried out both “downstream” and “counterflow” with respect to the movement of the heating medium.

Греющая среда - теплоноситель - продукты сгорания какого-либо топлива, например керосина, спирта, природного газа и т.д., температура которых может достигать от 900 К до 2200 К, движется от огневой стенки крышки 23 в сторону газовода 26, по пути отдавая тепло испаряемой среде, протекающей по каналам 17 и 18 оболочек 2 и 3 соответственно.Heating medium - heat carrier - products of combustion of any fuel, for example kerosene, alcohol, natural gas, etc., the temperature of which can reach from 900 K to 2200 K, moves from the fire wall of the cover 23 towards the gas duct 26, giving away along the way heat evaporated medium flowing through the channels 17 and 18 of the shells 2 and 3, respectively.

Перемешивание и распыл осуществляется смесительными элементами 24, а для воспламенения смеси служит устройство 25.Mixing and spraying is carried out by the mixing elements 24, and the device 25 is used to ignite the mixture.

В варианте исполнения коллектор 28 для подвода одного из компонентов топлива к смесительным элементам 24 установлен на внутренней поверхности корпуса 1.In an embodiment, a manifold 28 for supplying one of the fuel components to the mixing elements 24 is installed on the inner surface of the housing 1.

Использование предлагаемого изобретения позволит улучшить массово-габаритные характеристики испарителя, упростить его конструкцию и сборку.Using the proposed invention will improve the mass-dimensional characteristics of the evaporator, simplify its design and assembly.

Claims (6)

1. Испаритель криогенной жидкости, содержащий корпус, в котором расположены теплообменные элементы, нагреватель, при этом корпус выполнен в виде как минимум двух двухслойных оболочек, наружной и внутренней, образующих кольцевую полость для прохода греющего теплоносителя, причем каждая из оболочек состоит из двух жестко соединенных между собой обечаек, между которыми образованы каналы, объединенные в коллекторы для подвода и отвода криогенного компонента, при этом на входе в кольцевую полость закреплена крышка, в которой установлены смесительные элементы и воспламеняющее устройство, а на выходе установлен газовод, отличающийся тем, что оболочки корпуса выполнены профилированными и содержат как минимум цилиндрическую часть и сужающуюся часть в виде конфузора, предпочтительно коническую, с образованием кольцевой полости с каналами для прохода криогенного компонента между указанными частями, при этом внутри конической части, предпочтительно в ее центральной зоне, установлен патрубок, соединенный с полостью внутренней оболочки, а коллекторы подвода и отвода криогенного компонента внутрь наружной оболочки расположены на упомянутой сужающейся части наружной оболочки.1. An evaporator of cryogenic liquid containing a housing in which heat-exchange elements are located, a heater, the housing being made in the form of at least two two-layer shells, external and internal, forming an annular cavity for passage of the heating medium, each of which consists of two rigidly connected shells between each other, between which channels are formed, combined into collectors for supplying and discharging the cryogenic component, while at the entrance to the annular cavity a lid is fixed, in which solid elements and a flammable device, and a gas duct is installed at the outlet, characterized in that the shells of the housing are profiled and contain at least a cylindrical part and a tapering part in the form of a confuser, preferably conical, with the formation of an annular cavity with channels for passage of the cryogenic component between these parts, while inside the conical part, preferably in its central zone, a pipe is installed connected to the cavity of the inner shell, and the cryogenic component inside the outer shell disposed on said tapered portion of the outer shell. 2. Испаритель по п.1, отличающийся тем, что смесительные элементы выполнены в виде двухкаскадных форсунок.2. The evaporator according to claim 1, characterized in that the mixing elements are made in the form of two-stage nozzles. 3. Испаритель по п.1, отличающийся тем, что внутренние цилиндры выполнены из материала с повышенной теплопроводностью.3. The evaporator according to claim 1, characterized in that the inner cylinders are made of a material with high thermal conductivity. 4. Испаритель по п.1, отличающийся тем, что в патрубке газовода установлена подвижная опора.4. The evaporator according to claim 1, characterized in that a movable support is installed in the gas pipe. 5. Испаритель по п.1, отличающийся тем, что на корпус и газовод нанесена теплоизоляция.5. The evaporator according to claim 1, characterized in that thermal insulation is applied to the housing and the gas duct. 6. Испаритель по п.1, отличающийся тем, что коллектор подвода одного из компонентов топлива к смесительным элементам размещен внутри корпуса испарителя. 6. The evaporator according to claim 1, characterized in that the collector for supplying one of the fuel components to the mixing elements is located inside the evaporator body.
RU2012103580/06A 2012-02-02 2012-02-02 Cryogenic liquid evaporator RU2561513C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012103580/06A RU2561513C2 (en) 2012-02-02 2012-02-02 Cryogenic liquid evaporator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012103580/06A RU2561513C2 (en) 2012-02-02 2012-02-02 Cryogenic liquid evaporator

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2012103580A RU2012103580A (en) 2013-08-10
RU2561513C2 true RU2561513C2 (en) 2015-08-27

Family

ID=49159206

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012103580/06A RU2561513C2 (en) 2012-02-02 2012-02-02 Cryogenic liquid evaporator

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2561513C2 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002340326A (en) * 2001-05-18 2002-11-27 Matsushita Electric Ind Co Ltd Liquefied gas vaporizer
RU2347972C1 (en) * 2007-07-10 2009-02-27 Открытое акционерное общество "Конструкторское бюро химавтоматики" Cryogenic liquid evaporator
RU2377462C1 (en) * 2008-06-20 2009-12-27 Открытое акционерное общество "Сибирский химический комбинат" Cryogenic liquid evaporator

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002340326A (en) * 2001-05-18 2002-11-27 Matsushita Electric Ind Co Ltd Liquefied gas vaporizer
RU2347972C1 (en) * 2007-07-10 2009-02-27 Открытое акционерное общество "Конструкторское бюро химавтоматики" Cryogenic liquid evaporator
RU2377462C1 (en) * 2008-06-20 2009-12-27 Открытое акционерное общество "Сибирский химический комбинат" Cryogenic liquid evaporator

Also Published As

Publication number Publication date
RU2012103580A (en) 2013-08-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2347972C1 (en) Cryogenic liquid evaporator
CN104048161A (en) United gasification device of liquified natural gas (LNG)
EP3781864B1 (en) Vaporization apparatus
CN105444591B (en) A kind of heat exchange injection apparatus for eliminating thermally stratified layer in cryogenic propellant storage tank
RU2514802C2 (en) Evaporator of cryogenic liquid
AU2007343988A1 (en) Rotating device
CA2851858C (en) Generation of steam by spraying water onto a duct within a chamber having divider walls
CN109026444A (en) Composite engine
RU2529608C2 (en) Cryogenic liquid evaporator tract
RU2561513C2 (en) Cryogenic liquid evaporator
RU2522154C2 (en) Cooling circuit of heat exchange unit
CN106287212A (en) A kind of back-heating type gasifier
RU2511805C2 (en) Cryogenic liquid heating method
RU2561223C2 (en) Cryogenic liquid evaporator
CN118111120B (en) Gas generating device for combustion-heat exchange integrated helium heater of space engine
CN108190048A (en) A kind of micromodule butane propulsion system structure and propulsion method
JP6033871B2 (en) Device for heating fluid
RU2611225C1 (en) Cryogenic liquid evaporator
RU2567466C1 (en) Heat exchanger
RU2793269C1 (en) Regasification and gas heater unit
RU2316648C1 (en) Downhole steam-gas generator
CN102829326B (en) Steam-heated water-bath type vaporizer
RU2841343C1 (en) Modular liquefied gas gasifier, embodiments
EA201001753A1 (en) REACTOR FOR SOLID FUEL PROCESSING
CN109179321B (en) Online methanol reformer utilizing engine tail gas by adopting baffling separation mechanism

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20150811